WO2004038499A1 - Systeme d'illumination pour visualisation d'images sans rupture de couleurs - Google Patents

Systeme d'illumination pour visualisation d'images sans rupture de couleurs Download PDF

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WO2004038499A1
WO2004038499A1 PCT/EP2003/050708 EP0350708W WO2004038499A1 WO 2004038499 A1 WO2004038499 A1 WO 2004038499A1 EP 0350708 W EP0350708 W EP 0350708W WO 2004038499 A1 WO2004038499 A1 WO 2004038499A1
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filter
image
spatial light
light modulator
display system
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PCT/EP2003/050708
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Laurent Blonde
Didier Doyen
Khaled Sarayeddine
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Thomson Licensing S.A.
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Publication date
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Priority to US10/532,179 priority patent/US7461940B2/en
Priority to MXPA05004473A priority patent/MXPA05004473A/es
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133621—Illuminating devices providing coloured light
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
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    • H04N9/3102—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3111—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying the colours sequentially, e.g. by using sequentially activated light sources
    • H04N9/3117—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying the colours sequentially, e.g. by using sequentially activated light sources by using a sequential colour filter producing two or more colours simultaneously, e.g. by creating scrolling colour bands
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    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems

Definitions

  • a system for displaying images using a spatial light modulator is provided.
  • ono-imager architectures a- the one where all the pixels (image elements) of the imager always see the same color: “all red”, “all green”, or “all blue”; this is achieved by using a colored wheel that spins in front of the imager. This mode is called “color sequential”.
  • b- the one where the scanning of the imager takes place "line not line” (case of "color scrolling” in English terminology). All the pixels of a group of lines in the imager see the same color, so that, for each line, there is successively a line “all red”, a line “all green”, and a line “all blue ". This effect can be obtained by using a rotating filter striated with helical colored bands.
  • Projection or rear projection systems can therefore be presented in various configurations.
  • the invention relates to single-display configurations, operating in color sequential and which may have a plane accessible upstream of the main imager and optically conjugated therewith. It is known, for example from document US2002 / 0024618, that such systems operating in color sequential mode induce, risks of color breaks during projection (or color break-up), which cause the appearance of multiplied outlines and colored on the images displayed, when these images are in motion or when the observer moves his gaze over the projected image. These color breaks come from the fact that the three sub-frames of primary red, green and blue images, which, after integration by the eye, form the same overall polychrome image, are displayed one after the other and therefore at different times.
  • the polychromatic image to be displayed is then sequentially composed by alternating the illumination color of each of the pixels within each group.
  • the illumination colors of the adjacent pixels of the same subframe are mixed by juxtaposed additive synthesis; as each sub-frame is no longer, as before, monochrome, the observer no longer perceives color breaks when his gaze moves over the image or when the image is in motion.
  • the invention provides an improvement to the general solution taught by document US2002 / 0024618 which makes it possible to obtain, in a much simpler manner than in the embodiments described in this document, full color illumination of the matrix display during each subframe: indeed, to obtain this polychrome illumination, it is proposed - to use a matrix filter formed by a mosaic of elementary monochrome filters, to illuminate this filter by a generally white polychrome source, and to make the image of this filter thus lit on the input face of the spatial modulator, - to use means to move the image of this filter from one sub-frame to another, so as to alternate the illumination color of each of the pixels or set of pixels of this modulator.
  • the invention thus makes it possible to solve the problem of color disruption in a much simpler way than in the prior art.
  • the invention therefore relates to an image display system using a spatial light modulator comprising: • a light source emitting an illumination beam;
  • a spatial light modulator comprising a matrix of pixels controlled by video control signals corresponding to a succession of image frames to be displayed;
  • a matrix filter formed by a mosaic of elementary filters of different colors, illuminated by said illumination beam and transmitting a spatially filtered beam in colors to the spatial light modulator, • Means for producing an image of said filter on an input face of the spatial light modulator;
  • Displacement means for moving the image of the filter on the input face of the spatial light modulator
  • a device for controlling these displacement means making it possible to control at least one sequence of displacements of the image of the filter during each image frame.
  • the control device is suitable for controlling the movements of the image of the filter in synchronism with the video control signals of the spatial light modulator.
  • each displacement of a sequence corresponds to a multiple of the dimension of the image of an elementary filter on the input face of the spatial modulator.
  • the dimensions and the position of the elementary filters are adapted so that the image of each of them on the input face of the spatial modulator covers a plurality of pixels.
  • the dimensions of each elementary filter are then such that they allow the illumination of an integer greater than one of the pixels of the spatial light modulator. That is to say that each elementary filter is adapted to simultaneously illuminate several adjacent pixels during each image subframe.
  • each elementary filter corresponds to inter-pixel spaces on the input face of the modulator; color mixing within the same pixel is thus avoided.
  • Each elementary filter then makes it possible to illuminate the whole of several pixels.
  • the mosaic can be monodimensional, in the sense that it comprises for example only one column of elementary filters of different colors; each elementary filter then forms a monochrome colored band extending over the entire width of the filter.
  • each image subframe all the pixels of a group of lines of the spatial modulator then simultaneously see the same color.
  • each line of pixels is successively lit in red, green, and blue. The invention then makes it possible to obtain, in a very simple manner, a scrolling of color bands on the spatial modulator.
  • the mosaic is two-dimensional and the elementary monochrome filters are arranged in several lines and in several columns;
  • the spatial light modulator comprises a two-dimensional matrix of pixels each formed by an optical valve and arranged in rows and columns, the image direction of the elementary filter lines on the input face of the modulator corresponds to that of the lines pixels, and the image direction of the elementary filter columns on the input face of the modulator corresponds to that of the pixel columns;
  • the optical valves can be liquid crystal cells or micro-mirror elements.
  • said mosaic is formed by the repetition of blocks of elementary filters, these blocks having identical contours and being each composed of at least two elementary filters of different colors; since all the blocks have the same contours, that is to say the same geometry, each block therefore comprises the same number of elementary filters; in the filter, the distributions of the elementary filters of different colors in the blocks can be different from one block to another.
  • each block has three elementary filters: a red, a green and a blue.
  • a block comprises more than two filters which are adjacent but are not aligned.
  • a block comprises more than two filters which are adjacent and aligned.
  • these blocks are then arranged so that the elementary filters of the same color are aligned in a direction inclined with respect to that of the rows and that of the columns of elementary filters.
  • such blocks will then be placed offset from each other so as to obtain patterns in which the elementary filters of the same color are aligned in inclined directions; preferably, two rows will be interchanged between them and / or two columns between them.
  • Such a filter will be easy to design and use while blurring the pattern formed by the groups of blocks.
  • the filter comprises the same number of elementary filters of each color in the different rows and in the different columns of the filter. It is also possible to provide for the mosaic to be an assembly of identical patterns each comprising the same number of blocks and the same number of elementary filters of each color in each of the rows and in each of the columns of elementary filters of this pattern. This will more surely provide a white image for each pixel of the spatial light modulator which is in the on state.
  • the displacement means are adapted to move the image of the mosaic filter transversely to the direction of the illumination beam.
  • the displacement means comprise a light deflection device, located between the matrix filter and the spatial light modulator; this device is suitable for moving the image of the filter on the input face of the modulator; the device then controls the deflection, by the deflection device, of the spatially filtered illumination beam, which leads to displacements of the image of the filter on the input face of the spatial light modulator.
  • the deflection device comprises an adjustable mirror; the matrix filter and the spatial light modulator are then arranged symmetrically with respect to a beam-splitting surface; the system then comprises an imaging optic receiving the light emitted by the matrix filter, retransmitting it to the mirror which reflects it towards the separating surface via the imaging optics, which separating surface reflects the light towards an entry face of the spatial light modulator, an image of the matrix filter being thus formed on the input face of the spatial light modulator, this image being able to be moved on this input face by rotation of the orientable mirror.
  • each pixel of the spatial light modulator is successively lit by all the elementary filters of a block under the effect of a first sequence of displacements, then by all the elementary filters of another block under the effect of a second sequence of displacements.
  • the invention makes pirating using camcorders even more difficult.
  • the invention will make it possible to display, with a random sequence, images having colored structures when they are viewed by a camcorder. These colored structures are not visible to the eye on the image projected from the spatial modulator, because the eye achieves a sliding analog average of the different subframes. These colored structures will however be visible on the videotape of the camcorder having recorded the projected image, since the temporal sampling carried out by the camcorder can no longer correspond to the temporal sampling of the image sub-frames displayed by the spatial modulator of the system according to the invention.
  • the interference of the video image from the camcorder may dissuade from marketing such pirated video.
  • all the movement sequences controlled by the control device are adapted so that the integration of the images of the filter obtained on all the displacements of the sequence or sequences of each frame brings white colorimetry to the input face of the spatial light modulator. If each frame has only one sequence, each sequence alone provides white colorimetry. If each frame comprises a combination of sequences, each combination of sequences provides white colorimetry without, however, that each sequence alone provides white colorimetry.
  • each frame comprises a first sequence and at least a second sequence
  • these sequences are then preferably adapted so that the integration of the images of the filter obtained over all of the displacements of any one of these sequences provides a non-white colorimetry at the input face of the spatial light modulator; as only the succession of several sequences provides white colorimetry, such an arrangement will lead to deteriorating the images of the spatial light modulator filmed by a camcorder.
  • the control device has the characteristics of different combinations of at least two sequences of movements, chosen from a plurality, each combination making it possible to provide a white colorimetry of the input face of the spatial light modulator. The control device then selects, from among these combinations, different combinations for successive frames. It is not essential to change the combination between each frame, but only between certain frames, which can be chosen at random. Preferably, the combination selection from the plurality is also random.
  • said control device has the characteristics of a plurality of different sequences of movements making it possible to provide white colorimetry to the input face of the spatial light modulator and that this device selects, from among this plurality, different sequences for successive frames. If the integration time of an image recorded by a camcorder overlaps two frames of different sequences, this will advantageously result in a deterioration of the images of the spatial light modulator filmed by this camcorder. It is not essential to change the sequence between each frame, but only between certain frames, which can be chosen at random. Preferably, the selection of sequences from the plurality is also random.
  • This system comprises a light source preferably emitting a beam of white light allowing to illuminate a spatial light modulator 2.
  • This spatial light modulator comprises a set of pixels (image elements) arranged in a matrix form and is for example a liquid crystal valve.
  • a filter 3 makes it possible to spatially filter the different wavelengths corresponding to the colors red, green and blue so as to illuminate the spatial light modulator 2 with beams of different colors.
  • a transmission optic 4 makes it possible to image each point of the filter 3 in substantially the plane of the spatial light modulator 2.
  • an output optic 6 makes it possible to configure the beam transmitted by the spatial light modulator.
  • the filter 3 has a set of elementary filters of different colors (that is to say of filtering characteristics at different wavelengths). Preferably, each elementary filter makes it possible to illuminate an integer greater than 1 of pixels of the spatial light modulator.
  • FIG. 2 represents an example of a filter according to the invention produced in the form of a two-dimensional matrix, that is to say organized in rows and columns, of elementary filters red (R), green (V) and blue ( B). The distribution of the various elementary filters R, G and B will be explained later.
  • a control device 5 makes it possible to move the spatial filtering of the illumination beam, which amounts to moving the image of the filter 3 on the input face of the spatial light modulator 2. As shown in FIG. 1, the control device 5 can control this movement:
  • a deflection of the beam transmitted to the spatial light modulator is obtained by controlling a rotation of the device 7 as indicated by the arrow R.
  • the control device 5 thus controls the movement of the image of the filter on the input face of the spatial light modulator 2. This movement takes place step by step in two orthogonal directions so that the image of the filter moves over the input face of the spatial light modulator in two orthogonal directions parallel to the rows and the columns. At each displacement, the displacement pitch is equal to a multiple of the distribution pitch of the images of the elementary filters of the filter 3 on the input face of the spatial light modulator.
  • the elementary filter located at point p3 is of a determined color, for example red and the pixel located at point p2 of the spatial light modulator is illuminated with red light.
  • the elementary filter located at the same point p3 is green (for example) and the pixel of the point p2 is lit by green light.
  • the elementary filter located in p3 can then be blue and the pixel located in p2 is lit by blue light.
  • the distribution of the elementary filters R, G and B of the filter 3 is carried out in such a way that by providing appropriate displacements of the filter, one obtains a light which is on average perceived as white for all the pixels of the spatial light modulator when these pixels are in the passing state for the different positions of displacements and that during a time of integration suitable for the eye.
  • control device induces a displacement of the image of the filter on the input face of the spatial light modulator by deflection of the beam transmitted by the filter for example, the operation is similar.
  • a synchronous signal processing will supply the imager with video signals combining the initial images of the three colors in a pattern identical to that of the color filters.
  • the control device 5 will operate in synchronism with the video signals.
  • Each sub-image will then contain pixels of the three colors, according to a random or pseudo-random pattern, which will no longer place color outlines at different times but will distribute them over time. This will mitigate the phenomenon of color breakdown.
  • FIG. 3 represents an exemplary embodiment of a projection system using the illumination system according to the invention.
  • the light source 1 the filter 3, the optics 4, the spatial light modulator 2, the output optics 6, the beam deflection or translation device 7 and the control device 5 of FIG. 1.
  • a light integrating device which can be produced in the form of an integrating bar 10, is interposed between the source 1 and the filter 3 to provide uniform illumination of the surface of the filter 3 and consequently of the surface of the spatial light modulator.
  • a beam splitter 8 associated with the input face of the spatial light modulator whose opposite face is reflective or is provided with a reflection device 12.
  • the light coming from the filter is transmitted to the spatial light modulator which spatially modulates it and reflects it towards the separator, which then reflects the light towards the exit optics 6.
  • the light polarization means necessary for the operation of the spatial light modulator are well known in the art and are not shown in the figure.
  • the control device 5 makes it possible to move the filter 3 in two perpendicular directions DX and DY contained in a plane transverse to the direction of the beam transmitted by the integrating bar 10 so as to move the image of the filter on the input face of the spatial light modulator.
  • a deflection or beam translation device 7 controlled by the device 5 allows this displacement of the image of the filter to be carried out on the input face of the spatial light modulator.
  • the filter 3 and the spatial light modulator 2 are arranged symmetrically with respect to a surface 19 separating the light.
  • this surface 19 is the separating surface of a beam separating cube 18.
  • the filter 3 is provided with a reflection device 13 so that the light which it receives from a light source and from an integrating device 10 by a beam splitter 11 and by the separating surface 19 is reflected towards an optical system. 4 and a mirror 17. The light reflected by the mirror 17 is returned by the optics 4 and the separating surface 19 to the spatial light modulator 2.
  • the light therefore makes a double pass through optics 4;
  • This is designed as a double Gauss optic in such a way that due to the positions symmetrical of the filter 3 and of the spatial light modulator 2 with respect to the separating surface 19, as well as of the double passage of the light in optics 4, the surface of the filter is imaged on the input surface of the spatial light modulator 2 with magnification of 1 and without distortion.
  • the mirror 17 is movable around two perpendicular axes XI and X2.
  • Rotation commands Ri and R2 controlled by the device 5 makes it possible to move the image of the filter 3 on the input face of the spatial light modulator in two perpendicular directions, in particular horizontally and vertically.
  • the spatial light modulator 2 is provided on its face opposite to its input face with a reflection device 12.
  • the light coming from the filter 3 and illuminating the spatial light modulator is therefore reflected towards the output objective 6.
  • the polarization means necessary for the operation of the system are perfectly known in the art and are therefore not shown in the figure.
  • this filter comprises a matrix of colored elementary filters, that is to say having filtering characteristics in different optical wavelengths.
  • the distribution of the elementary filters is such that the filter 3 has a repetition of patterns each consisting of a determined number of elementary filters.
  • the figures 5b and 5c represent a pattern of 3x3 elementary filters
  • FIGS. 5d and 5e represent a pattern of 6x6 elementary filters. It is obvious that a pattern could have more elementary filters.
  • One method for obtaining these patterns is as follows
  • the distribution of the elementary filters R, G and B can be different in the different blocks of three elementary filters.
  • the block Ml is different from the block M2 with regard to the distributions of the elementary filters R, G and B.
  • the colors of the elementary filters are distributed randomly over the different shapes, however preferably respecting global homogeneity criteria (for example: same number of pixels of each color for the rows and columns of the matrix).
  • a starting position will be defined for the displacement device among all the possible positions (for example for an excursion of ⁇ 2 pixels in each direction 25 positions are possible, 9 positions for ⁇ 1 pixel in each direction ). This position will generate the first sub-frame by imagining red, green and blue pixels through the patterns of filter 3.
  • FIG. 5f represents the image of the filter on the input face of the spatial light modulator.
  • figure 5a being distributed regularly in the pattern of figure 5b and consequently, in the filter of figure 5c, one thus sees that all the positions such as X of the spatial light modulator will have been lit by light red, green and blue and this after two displacements of the image of the filter on the surface of the spatial light modulator. If all the pixels of the spatial light modulator are passing during this entire sequence, the observer then observes a light transmitted by the modulator which is the combination of red, green and blue and which is therefore white.
  • FIG. 6a represents the image of the filter on the useful part of the spatial light modulator in the form of a matrix of numbers. Each number represents a color:
  • the unit digit will represent blue, the tens digit for green and the hundreds digit for red. This means that a point represented by a number 110, for example, will contain red and green but will not contain blue.
  • FIG. 6b represents the image that an observer who observes the image displayed by the spatial light modulator should perceive. This image is currently that of the filter image. In particular the point of line 8 and column 8 has the value 10 (green).
  • An observer should perceive, in Figure 6h, the superposition of the image of Figure 6f and the image of Figure 6g.
  • the point in line 8 and in column 8 is 220 and it should perceive an overlay of red and green (yellow color).
  • An observer should perceive, in figure 6j, the superposition of the image of figure 6i and the image of figure 6h.
  • the point in row 8 and column 8 is 221 and the observer should perceive an overlay of red, green and blue, with a lower intensity of blue.
  • displacement sequences can be selected to have a white colorimetry of the spatial light modulator when the pixels thereof are passing.
  • the invention therefore provides for establishing a selection of these displacement sequences and for giving each of them their characteristics such as the origin position of displacement and the types of displacement according to two coordinates in X and in Y. Then, the invention provides for choosing a sequence of displacements for each frame. The sequence of movements may be different from one frame to the next, but this may very well not be systematic and be decided randomly.
  • Another method to obtain other valid movement sequences is to swap the movement orders within the same sequence. This amounts for example to swapping between them the first three points and between them the last three points of the above path.
  • the sequence deduced from the first sequence described above is thus obtained:
  • the controller 5 will control the movement sequence changes. These changes will preferably take place between two image frames.
  • the device will choose in a predetermined way, or randomly, the movement sequences to be used.
  • the control device 5 will be supplied with a list of combinations of sequences making it possible to obtain white colorimetry of the image of the filter.
  • each sequence of movements taken alone will not make it possible to obtain a white colorimetry, which will be useful for combating piracy, using a camcorder, of the images displayed by the spatial light modulator as will be highlighted below.
  • the disturbance to the video signal appears when there is no correspondence between the sampling time of a camcorder and the display time of the subframes.
  • the three subframes a, b and c acquired by a camcorder for integration 1 do not represent the output state of the camcorder but the progress of integration of the light signal.
  • the output image is the third sub-frame (sub-frame c for integration 1).
  • the display was produced using the following displacement sequences:
  • FIGS. 7a to 7c there is shown the operation relating to a part of the filter of Figure 5f (the part located at the top left of Figure 5f).
  • the left parts of these figures show the successive images of the filter projected on the spatial light modulator during each movement.
  • the integration of the images on the spatial light modulator has been represented and these images correspond to those of the right part of FIGS. 6a to 61.
  • integration 1 by the camcorder is out of phase with the projected images. We note in these figures that the results of integration do not correspond to expectations.
  • This variant relates to the production of a filter using simpler blocks such as that shown in FIG. 8a.
  • This arrangement in particular reduces the proximity of blocks of the same color. It is obtained by juxtaposing linear blocks in which the three colors R, G and B are aligned.
  • the displacement of the filter is advantageously done in one direction, in X or in Y, and three subframes are sufficient here to reach the white state (see Figure 8b).
  • Diagonal color alignment can be a problem when viewing. This can be countered by advantageously inverting two or two rows or columns in order to blur the pattern while avoiding juxtaposing the same color twice. Thus in FIG. 8c, columns 4 and 5 and rows 4 and 5 have been inverted.
  • system of the invention is applicable to systems providing an intermediate display between the source and the spatial light modulator 2 and making it possible to provide a relay image.
  • the filter 3 can advantageously be associated with this intermediate display.

Abstract

L’invention concerne un système d’affichage d’images comprenant: une source lumineuse (1) émettant un faisceau d’éclairement; un modulateur spatial de lumière (2) commandé par des signaux de commande vidéos correspondant à une succession de trames d’images; un filtre matriciel (3) formé d’une mosaïque de filtres élémentaires de couleurs différentes, éclairé par ledit faisceau d’éclairement et transmettant un faisceau filtré spatialement en couleurs au modulateur spatial de lumière (2), une image dudit filtre étant réalisée sur une face d’entrée du modulateur spatial de lumière; des moyens de déplacement pour déplacer l’image du filtre (3) sur la face d’entrée du modulateur spatial de lumière (2); et un dispositif de commande (5) de ces moyens de déplacement, permettant de commander au moins une séquence de déplacements de l’image du filtre lors de chaque trame d’image.

Description

SYSTEME D'ILLUMINATION POUR VISUALISATION D'IMAGES SANS RUPTURE DE COULEURS
L' invention concerne un système d' affichage d'images à l'aide d'un modulateur spatial de lumière.
Elle s'applique plus particulièrement aux systèmes de projection ou de rétro-projection vidéo mono-afficheur, à afficheurs matriciels et plus particulièrement aux systèmes disposant d'une image relais en amont de l'écran de projection. Elle vise à améliorer la qualité d'image pour des systèmes séquentiels couleur. En complément, elle permet de dégrader une vidéo obtenue par un caméscope ayant enregistré l'image projetée sur l'écran de projection
On connaît deux types d' architectures ono- imageurs : a- celui où l'ensemble des pixels (éléments images) de l'imageur voit toujours la même couleur : "tout rouge", "tout vert", ou "tout bleu"; c'est ce qu'on obtient en utilisant une roue colorée qui tourne devant l'imageur. Ce mode se nomme "séquentiel couleur". b- celui où le balayage de l'imageur a lieu "ligne pas ligne" (cas du « color scrolling » en terminologie anglo-saxonne) . L'ensemble des pixels d'un groupe de lignes de l'imageur voit la même couleur, de sorte que, pour chaque ligne, on a successivement une ligne "toute rouge", une ligne "toute verte", et une ligne "toute bleue". On peut obtenir cet effet en utilisant un filtre tournant strié de bandes de couleur hélicoïdales.
Les systèmes de projection ou de rétro-projection peuvent donc se présenter sous des configurations diverses . L'invention concerne les configurations mono-afficheur, fonctionnant en séquentiel couleur et pouvant disposer d'un plan accessible en amont de l'imageur principal et optiquement conjugué avec celui-ci. Il est connu, par exemple du document US2002/0024618, que de tels systèmes fonctionnant en mode séquentiel couleur induisent, des risques de ruptures de couleurs lors de la projection (ou color break-up) , qui provoquent l'apparition de contours multipliés et colorés sur les images affichées, lorsque ces images sont en mouvement ou lorsque l'observateur déplace son regard sur l'image projetée. Ces ruptures de couleurs proviennent de ce que les trois sous-trames d'images primaires rouge, verte et bleue, qui, après intégration par l'œil, forment une même image polychrome globale, sont affichées l'une après l'autre et donc à des instants différents.
Le document US2002/002 618 propose une solution à ce problème, dans le cas où chaque image polychrome à afficher est répartie en une séquence non pas de trois sous-trames monochromes, rouge, verte, et bleue, mais en une séquence de quatre sous-trames, rouge, verte, bleue et blanche. Ce document propose de regrouper les pixels ou cellules de l'afficheur matriciel . par groupes de quatre pixels adjacents, et d'éclairer l'afficheur de manière à ce que les quatre pixels de chacun des groupes soient éclairés par des couleurs différentes, l'un en rouge, un deuxième en vert, un troisième en bleu, et le quatrième restant en blanc. A chaque sous-trame d'image, on assure donc un éclairement polychrome qui forme sur la face d' entrée de l'afficheur matriciel une mosaïque de « pavés » colorés, chaque pavé homogène en couleur correspondant à un pixel. On compose ensuite séquentiellement l'image polychromatique à afficher en alternant la couleur d'éclairement de chacun des pixels au sein de chaque groupe. De cette manière, comme indiqué au paragraphe 19 de ce document, les couleurs d'éclairement des pixels adjacents d'une même sous-trame sont mélangées par synthèse additive juxtaposée ; comme chaque sous-trame n'est plus, comme avant, monochrome, l'observateur ne perçoit plus de ruptures de couleur lorsque son regard se déplace sur l'image ou lorsque l'image est en mouvement.
L' invention propose un perfectionnement à la solution générale enseignée par le document US2002/0024618 qui permet d'obtenir, de manière beaucoup plus simple que dans les modes de réalisation décrits dans ce document, un éclairement polychrome de l'afficheur matriciel lors de chaque sous-trame : en effet, pour obtenir cet éclairement polychrome, on se propose - d'utiliser un filtre matriciel formé d'une mosaïque de filtres monochromes élémentaires, d'éclairer ce filtre par une source polychrome généralement blanche, et de faire l'image de ce filtre ainsi éclairé sur la face d'entrée du modulateur spatial, - d'utiliser des moyens pour déplacer l'image de ce filtre d'une sous-trame à l'autre, de manière à alterner la couleur d'éclairement de chacun des pixels ou ensemble de pixels de ce modulateur.
L' invention permet ainsi de résoudre le problème de rupture des couleurs d' une manière beaucoup plus simple que dans l'art antérieur.
L' invention concerne donc un système d' affichage d'images à l'aide d'un modulateur spatial de lumière comprenant : • Une source lumineuse émettant un faisceau d' éclairement ;
• Un modulateur spatial de lumière comprenant une matrice de pixels commandés par des signaux de commande vidéos correspondant à une succession de trames d'images à afficher;
• Un filtre matriciel formé d'une mosaïque de filtres élémentaires de couleurs différentes, éclairé par ledit faisceau d'éclairement et transmettant un faisceau filtré spatialement en couleurs au modulateur spatial de lumière, • Des moyens pour réaliser une image dudit filtre sur une face d' entrée du modulateur spatial de lumière ;
• Des moyens de déplacement pour déplacer l'image du filtre sur la face d' entrée du modulateur spatial de lumière et
• Un dispositif de commande de ces moyens de déplacement, permettant de commander au moins une séquence de déplacements de l'image du filtre lors de chaque trame d'image. Le dispositif de commande est adapté pour commander les déplacements de l'image du filtre en synchronisme avec les signaux de commande vidéos du modulateur spatial de lumière.
De préférence, chaque déplacement d'une séquence correspond à un multiple de la dimension de l'image d'un filtre élémentaire sur la face d'entrée du modulateur spatial.
De préférence, les dimensions et la position des filtres élémentaires sont adaptées pour que l'image de chacun d'eux sur la face d'entrée du modulateur spatial recouvrent une pluralité de pixels . Les dimensions de chaque filtre élémentaire sont alors telles qu'elles permettent l' éclairement d'un nombre entier et supérieur à un de pixels du modulateur spatial de lumière. C'est à dire que chaque filtre' élémentaire est adapté pour éclairer simultanément plusieurs pixels adjacents lors de chaque sous-trame d'images.
Un des inconvénients des différents dispositifs d' éclairement de modulateur spatial décrits dans le document US2002/0024618 est qu'ils doivent être adaptés pour obtenir, lors de chaque sous-trame d'image, un éclairement de différentes couleurs sur des pixels adjacents, ce qui en pratique se révèle extrêmement difficile à obtenir et à maintenir du fait de la petite taille des pixels de l'afficheur. L'invention permet d'éviter cet inconvénient.
En pratique, on fait de préférence également en sorte que les limites de l'image de chaque filtre élémentaire correspondent à des espaces inter-pixels sur la face d'entrée du modulateur ; on évite ainsi des mélanges de couleur au sein du même pixel . Chaque filtre élémentaire permet alors d'éclairer la totalité de plusieurs pixels.
La mosaïque peut être monodimensionnelle, au sens qu'elle ne comporte par exemple qu'une colonne de filtres élémentaires de différentes couleurs ; chaque filtre élémentaire forme alors un bande colorée monochrome s'étendant sur toute la largeur du filtre. Lors d'une sous- trame d'image, l'ensemble des pixels d'un groupe de lignes du modulateur spatial voit alors simultanément la même couleur. Lors d'une succession de sous-trames, chaque ligne de pixels est successivement éclairée en rouge, en vert, et en bleu. L'invention permet alors d'obtenir d'une manière très simple un défilement de bandes de couleur sur le modulateur spatial .
De préférence, afin de mieux résoudre le problème de rupture de couleurs précédemment cité, la mosaïque est bidimensionnelle et les filtres élémentaires monochromes sont disposés en plusieurs lignes et en plusieurs colonnes ; si le modulateur spatial de lumière comprend une matrice bidimensionnelle de pixels formés chacun par une valve optique et disposés en lignes et en colonnes, la direction de l'image des lignes de filtres élémentaires sur la face d'entrée du modulateur correspond à celle des lignes de pixels, et la direction de l'image des colonnes de filtres élémentaires sur la face d'entrée du modulateur correspond à celle des colonnes de pixels ; les valves optiques peuvent être des cellules à cristaux liquides ou des éléments micro-miroir. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, ladite mosaïque est formée par la répétition de blocs de filtres élémentaires, ces blocs présentant des contours identiques et étant composés chacun d'au moins deux filtres élémentaires de couleurs différentes ; puisque tous les blocs ont les mêmes contours, c'est à dire la même géométrie, chaque bloc comporte donc le même nombre de filtres élémentaires ; dans le filtre, les répartitions des filtres élémentaires de couleurs différentes dans les blocs peuvent être différentes d'un bloc à un autre. De préférence, chaque bloc comporte trois filtres élémentaires : un rouge, un vert et un bleu.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention, on prévoit qu'un bloc comporte plus de deux filtres qui sont adjacents mais ne sont pas alignés.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention, on prévoit qu'un bloc comporte plus de deux filtres qui sont adjacents et alignés. De préférence, ces blocs sont alors disposés de manière à ce que les filtres élémentaires de même couleur soient alignés selon une direction inclinée par rapport à celle des lignes et celle des colonnes de filtres élémentaires. Lors de la conception d'un filtre on disposera alors de tels blocs en décalé les uns par rapport aux autres de façon à obtenir des motifs dans lesquels les filtres élémentaires de même couleur sont alignés selon des directions inclinées ; de préférence, on intervertira ensuite deux lignes entre elles et/ou deux colonnes entre elles. Un tel filtre sera facile à concevoir et à utiliser tout en brouillant le motif formé par les groupes de blocs.
De préférence, le filtre comporte le même nombre de filtres élémentaires de chaque couleur dans les différentes lignes et dans les différentes colonnes du filtre. On peut également prévoir que la mosaïque soit un assemblage de motifs identiques comprenant chacun le même nombre de blocs et le même nombre de filtres élémentaires de chaque couleur dans chacune des lignes et dans chacune des colonnes de filtres élémentaires de ce motif. Ceci permettra de façon plus sure d' obtenir une image blanche pour chaque pixel du modulateur spatial de lumière qui est dans l'état passant.
De préférence, les moyens de déplacement sont adaptés pour déplacer l'image du filtre en mosaïque transversalement à la direction du faisceau d'éclairement. Selon une forme de réalisation, les moyens de déplacement comportent un dispositif de déflexion de la lumière, localisé entre le filtre matriciel et le modulateur spatial de lumière ; ce dispositif est adapté pour déplacer l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur ; le dispositif de commande alors la déflexion, par le dispositif de déflexion, du faisceau d'éclairement filtré spatialement, ce qui conduit à avoir des déplacements de l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière.
Avantageusement, le dispositif de déflexion comporte un miroir orientable ; le filtre matriciel et le modulateur spatial de lumière sont alors disposés symétriquement par rapport à une surface séparatrice de faisceau ; le système comporte alors une optique d'imagerie recevant la lumière émise par le filtre matriciel, la retransmettant au miroir qui la réfléchit vers la surface séparatrice via l'optique d'imagerie, laquelle surface séparatrice réfléchit la lumière vers une face d' entrée du modulateur spatial de lumière, une image du filtre matriciel étant ainsi formée sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière, cette image pouvant être déplacée sur cette face d'entrée par rotation du miroir orientable . Les déplacements indiqués précédemment permettent des déplacements de l'image du filtre sur le modulateur spatial de lumière de telle façon que chaque séquence de déplacements de l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière permet l' éclairement successif de chaque pixel du modulateur spatial de lumière par tous les filtres élémentaires d'un même bloc. Cela permet ainsi de colorer une image du modulateur spatial de lumière . De plus, on peut prévoir que, pendant chaque trame d'image, chaque pixel du modulateur spatial de lumière soit éclairé successivement par tous les filtres élémentaires d'un bloc sous l'effet d'une première séquence de déplacements, puis par tous les filtres élémentaires d'un autre bloc sous l'effet d'une deuxième séquence de déplacements .
Selon cette variante, l'invention permet de rendre encore plus difficile le piratage à l'aide de caméscopes. En effet, l'invention permettra d'afficher avec une séquence aléatoire des images présentant des structures colorées quand elles seront visualisées par un caméscope. Ces structures colorées ne sont pas visibles à l'œil sur l'image projetée à partir du modulateur spatial, parce que l'œil réalise une moyenne glissante analogique des différents sous-trames. Ces structures colorées seront par contre visibles sur la bande vidéo du caméscope ayant enregistré l'image projetée, du fait que l'échantillonnage temporel réalisé par le caméscope ne peut plus correspondre à l'échantillonnage temporel des sous-trames d'images affichées par le modulateur spatial du système selon l'invention. Le brouillage de l'image vidéo issue du caméscope pourra dissuader de commercialiser une telle vidéo piratée .
De préférence, toutes les séquences de déplacements commandées par le dispositif de commande sont adaptées pour que l'intégration des images du filtre obtenues sur l'ensemble des déplacements de la ou des séquences de chaque trame apporte une colorimétrie blanche à la face d'entrée du modulateur spatial de lumière. Si chaque trame ne comporte qu'une seule séquence, chaque séquence apporte à elle-seule une colorimétrie blanche . Si chaque trame comporte une combinaison de séquence, chaque combinaison de séquences apporte une colorimétrie blanche sans, pour autant, que chaque séquence n'apporte seule une colorimétrie blanche. Dans le cas où chaque trame comporte une première séquence et au moins une deuxième séquence, ces séquences sont alors de préférence adaptées pour que l'intégration des images du filtre obtenues sur l'ensemble des déplacements de l'une quelconque de ces séquences apporte une colorimétrie non blanche à la face d'entrée du modulateur spatial de lumière ; comme seule la succession de plusieurs séquences apporte une colorimétrie blanche, une telle disposition conduira à détériorer les images du modulateur spatial de lumière filmées par un caméscope. Pour empêcher avec plus d'efficacité le piratage par un caméscope, de préférence, le dispositif de commande possède les caractéristiques de différentes combinaisons d'au moins deux séquences de déplacements, choisies parmi une pluralité, chaque combinaison permettant d'apporter une colorimétrie blanche de la face d'entrée du modulateur spatial de lumière. Le dispositif de commande sélectionne alors, parmi ces combinaisons, des combinaisons différentes pour des trames successives. Il n'est pas indispensable de changer de combinaison entre chaque trame, mais seulement entre certaines trames, qui peuvent être choisies au hasard. De préférence, la sélection de combinaison parmi la pluralité est également aléatoire.
Par ailleurs, on peut prévoir que ledit dispositif de commande possède les caractéristiques d'une pluralité de séquences différentes de déplacements permettant d'apporter une colorimétrie blanche à la face d'entrée du modulateur spatial de lumière et que ce dispositif sélectionne, parmi cette pluralité, des séquences différentes pour des trames successives. Si le temps d'intégration d'une image enregistrée par un caméscope chevauche deux trames de séquences différentes, on aboutira avantageusement à une détérioration des images du modulateur spatial de lumière filmées par ce caméscope. Il n'est pas indispensable de changer de séquence entre chaque trame, mais seulement entre certaines trames, qui peuvent être choisies au hasard. De préférence, la sélection de séquences parmi la pluralité est également aléatoire.
Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple non limitatif et dans les figures qui représentent :
- La figure 1, un exemple général de réalisation du système de l'invention ;
- La figure 2, un exemple de filtre matriciel appliqué dans le système de la figure 1 ; - La figure 3, un exemple de réalisation du système de l'invention ;
- La figure 4, une variante de réalisation du système de l'invention ;
- Les figures 5a à 5f, des exemples de réalisation d'un filtre selon l'invention ;
- Les figures 6a à 61, des figures permettant d'expliquer le fonctionnement du système de l'invention ;
- Les figures 7a à 7c, de l'illustration de fonctionnements anti-piratage par caméscope ; - Les figures 8a à 8c, une variante de réalisation du filtre selon l'invention.
En se reportant aux figures 1 et 2, on va donc décrire un exemple général de réalisation du système de
1' invention. Ce système comporte une source de lumière émettant de préférence un faisceau de lumière blanche permettant d' illuminer un modulateur spatial de lumière 2. Ce modulateur spatial de lumière comporte un ensemble de pixels (éléments image) disposés sous forme matricielle et est par exemple une valve à cristal liquide. Un filtre 3 permet de filtrer spatialement les différentes longueurs d'onde correspondant aux couleurs rouge, verte et bleue de façon à illuminer le modulateur spatial de lumière 2 avec des faisceaux de différentes couleurs.
Une optique de transmission 4 permet d' imager chaque point du filtre 3 dans sensiblement le plan du modulateur spatial de lumière 2. De plus, dans le cas d'une application en projection ou en rétroprojection, une optique de sortie 6 permet de configurer le faisceau transmis par le modulateur spatial de lumière. Le filtre 3 possède un ensemble de filtres élémentaires de couleurs différentes (c'est-à-dire de caractéristiques de filtrage en longueurs d' ondes différentes) . De préférence, chaque filtre élémentaire permet d'éclairer un nombre entier supérieur à 1 de pixels du modulateur spatial de lumière .
La figure 2 représente un exemple d'un filtre selon l'invention réalisé sous la forme d'une matrice bidimensionnelle, c'est à dire organisée en lignes et colonnes, de filtres élémentaires rouges (R) , verts (V) et bleus (B) . La répartition des différents filtres élémentaires R, V et B sera expliquée ultérieurement.
Un dispositif de commande 5 permet de déplacer le filtrage spatial du faisceau d'éclairement, ce qui revient à déplacer l'image du filtre 3 sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière 2. Comme cela est représenté sur la figure 1, le dispositif de commande 5 peut commander ce déplacement :
- Soit en déplaçant le filtre 3 perpendiculairement à la direction du faisceau d'éclairement comme indiqué par la flèche D ; - Soit en prévoyant entre le filtre 3 et le modulateur spatial de lumière 2, un dispositif 7 de déflexion ou de translation du faisceau. Par exemple, sur la figure
1, une déflexion du faisceau transmis au modulateur spatial de lumière est obtenue en commandant une rotation du dispositif 7 comme indiqué par la flèche R.
Le dispositif de commande 5 commande ainsi le déplacement de l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière 2. Ce déplacement se fait pas à pas selon deux directions orthogonales de façon que l'image du filtre se déplace sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière selon deux directions orthogonales parallèles aux lignes et aux colonnes. A chaque déplacement, le pas de déplacement est égal à un multiple du pas de répartition des images des filtres élémentaires du filtre 3 sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière .
Considérons que le point p2 du modulateur spatial de lumière est éclairé par un filtre élémentaire situé au point p3 du filtre.
A un instant tO, le filtre élémentaire localisé au point p3 est d'une couleur déterminée, rouge par exemple et le pixel situé au point p2 du modulateur spatial de lumière est éclairé par de la lumière rouge. A un instant tl suivant, Sous la commande de déplacement du filtre 3 par le dispositif 5, le filtre élémentaire localisé au même point p3 est vert (par exemple) et le pixel du point p2 est éclairé par de la lumière verte. A un autre instant t2, le filtre élémentaire localisé en p3 peut être ensuite bleu et le pixel situé en p2 est éclairé par de la lumière bleue.
La répartition des filtres élémentaires R, V et B du filtre 3 est réalisée de telle façon qu'en prévoyant des déplacements appropriés du filtre, on obtienne une lumière qui est en moyenne perçue comme blanche pour tous les pixels du modulateur spatial de lumière lorsque ces pixels sont dans l'état passant pour les différentes positions de déplacements et cela durant un temps d' intégration convenable pour l'œil.
Dans le cas où le dispositif de commande induit un déplacement de l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière par déflexion du faisceau transmis par le filtre par exemple, le fonctionnement est similaire.
Un traitement du signal synchrone, alimentera l'imageur en signaux vidéos combinant les images initiales des trois couleurs selon un motif identique à celui des filtres colorés . Le dispositif de commande 5 fonctionnera en synchronisme avec les signaux vidéos .
Chaque sous-image contiendra alors des pixels des trois couleurs, selon un motif aléatoire ou pseudo- aléatoire, ce qui ne placera plus des contours de couleurs à des instants différents mais les répartira dans le temps. Ceci atténuera le phénomène de rupture de couleurs.
La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un système de projection utilisant le système d'illumination selon l'invention. Sur cette figure on retrouve la source lumineuse 1, le filtre 3, l'optique 4, le modulateur spatial de lumière 2, l'optique de sortie 6, le dispositif de déviation ou de translation de faisceau 7 et le dispositif de commande 5 de la figure 1. Un dispositif intégrateur de lumière, qui peut être réalisé sous la forme d'un barreau intégrateur 10, est intercalé entre la source 1 et le filtre 3 pour fournir un éclairement uniforme de la surface du filtre 3 et par suite de la surface du modulateur spatial de lumière . De plus, dans le cas, par exemple, d'un modulateur spatial de lumière fonctionnant en réflexion, il peut être prévu un séparateur de faisceaux 8 associé à la face d' entrée du modulateur spatial de lumière dont la face opposée est réfléchissante ou est munie d'un dispositif de réflexion 12. La lumière provenant du filtre est transmise au modulateur spatial de lumière qui la module spatialement et la réfléchit vers le séparateur, lequel réfléchit alors la lumière vers l'optique de sortie 6. Il est à noter que les moyens de polarisation de la lumière nécessaires au fonctionnement du modulateur spatial de lumière sont bien connus dans la technique et ne sont pas représentés sur la figure .
Le dispositif de commande 5 permet de déplacer le filtre 3 selon deux directions perpendiculaires DX et DY contenues dans un plan transverse à la direction du faisceau transmis par le barreau intégrateur 10 de façon à déplacer l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière. Selon une variante de réalisation, un dispositif de déflexion ou de translation de faisceau 7 commandé par le dispositif 5 permet de réaliser ce déplacement de l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière.
En se reportant à la figure 4, on va décrire une variante de réalisation d'un système de projection appliquant le système d'illumination de l'invention et qui présente l'avantage d'être compacte.
Le filtre 3 et le modulateur spatial de lumière 2 sont disposés symétriquement par rapport à une surface 19 séparatrice de la lumière. Selon l'exemple de réalisation de la figure 4, cette surface 19 est la surface séparatrice d'un cube séparateur de faisceau 18.
Le filtre 3 est muni d'un dispositif de réflexion 13 de façon que la lumière qu'il reçoit d'une source lumineuse et d'un dispositif intégrateur 10 par un séparateur de faisceau 11 et par la surface séparatrice 19 est réfléchie vers une optique 4 et un miroir 17. La lumière réfléchie par le miroir 17 est renvoyée par l'optique 4 et la surface séparatrice 19 au modulateur spatial de lumière 2.
La lumière effectue donc un double passage dans l^optique 4 ; Celle-ci est conçue comme une optique de double Gauss de telle façon qu'en raison des positions symétriques du filtre 3 et du modulateur spatial de lumière 2 par rapport à la surface séparatrice 19, ainsi que du double passage de la lumière dans l'optique 4, la surface du filtre est imagée sur la surface d'entrée du modulateur spatial de lumière 2 avec grandissèment de 1 et sans distorsion.
Comme on peut le voir sur la figure 4, le miroir 17 est mobile autour de deux axes perpendiculaires XI et X2. Des commandes de rotations Ri et R2 pilotées par le dispositif 5 permet de déplacer l'image du filtre 3 sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière selon deux directions perpendiculaires, horizontalement et verticalement notamment .
Lorsque le miroir est perpendiculaire à la direction du faisceau qu'il reçoit du filtre, il est dans une position moyenne. On privilégiera un fonctionnement dans lequel les rotations Ri et R2 font osciller le miroir autour de cette position moyenne.
Le modulateur spatial de lumière 2 est muni sur sa face opposée à sa face d'entrée d'un dispositif de réflexion 12. La lumière provenant du filtre 3 et éclairant le modulateur spatial de lumière est donc réfléchie vers l'objectif de sortie 6. Comme précédemment, les moyens de polarisation nécessaires au fonctionnement du système sont parfaitement connus dans la technique et ne sont donc pas représentés sur la figure.
En se reportant aux figures 5a à 5f on va maintenant décrire la conception d'un filtre 3 selon 1' invention. Comme indiqué précédemment, ce filtre comporte une matrice de filtres élémentaires colorés c'est-à-dire ayant des caractéristiques de filtrages en longueurs d'ondes optiques différentes. La répartition des filtres élémentaires est telle que le filtre 3 présente une répétition de motifs constitués chacun d'un nombre déterminé de filtres élémentaires. Par exemple, les figures 5b et 5c représentent un motif de 3x3 filtres élémentaires et les figures 5d et 5e représentent un motif de 6x6 filtres élémentaires. Il est bien évident qu'un motif pourrait comporter plus de filtres élémentaires. Une méthode pour obtenir ces motifs est la suivante
: dans une matrice mxn où mxn est multiple de trois, choisir une forme d'un bloc de trois filtres élémentaires par exemple (dans le cas d'un fonctionnement en trichrome) telle que la forme de la figure 5a pour réaliser le pavage de la figure 5b (ou celui de la figure 5d) .
La répartition des filtres élémentaires R, V et B peut être différente dans les différents blocs de trois filtres élémentaires. C'est ainsi que le bloc Ml est différent du bloc M2 en ce qui concerne les répartitions des filtres élémentaires R, V et B.
Les couleurs des filtres élémentaires sont distribuées de manière aléatoire sur les différentes formes en respectant néanmoins de préférence des critères d'homogénéité globaux (par ex : même nombre de pixels de chaque couleur pour les lignes et les colonnes de la matrice) .
Les motifs obtenus (figures 5c ou 5e) seront répliqués par translation pour couvrir la totalité du filtre 3. On notera que pour tenir compte du déplacement de l'image du filtre 3 à la surface du modulateur spatial de lumière 2 et pour que cette image couvre dans tous les cas le modulateur spatial de lumière on prévoira un filtre de surface plus grande que celle du modulateur spatial de lumière. Si on prévoit des translations de ±1, ±2 ou ±3 filtres élémentaires, les dimensions du filtre seront augmentées de lignes et de colonnes correspondant à une à trois lignes et une à trois colonnes de filtres élémentaires du motif dans chaque direction. On va maintenant décrire le fonctionnement du système lorsqu'on déplace l'image du filtre à la surface du modulateur spatial de lumière.
Pour chaque image couleur à générer, une position de départ sera définie pour le dispositif de déplacement parmi toutes les positions possibles (par exemple pour une excursion de ±2 pixels dans chaque direction 25 positions sont possibles, 9 positions pour ±1 pixel dans chaque direction) . Cette position générera la première sous-trame en imageant des pixels rouges, verts et bleus à travers les motifs du filtre 3.
Supposons que le filtre 3 est réalisé par l'assemblage de quatre motifs tels que celui de la figure 5e. La figure 5f représente l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière.
Supposons que nous observions la position X de l'image de la figure 5f (colonne 7 et ligne 8 de l'image) . Lors de la première sous-trame, cette position est éclairée en rouge. Les deux sous-trames suivantes devront être éclairées à la suite de déplacements respectant la forme de la figure 5a afin que la majorité des positions du modulateur spatial de lumière soient illuminées par les trois couleurs. Par exemple, pour la seconde sous-trame, le motif devra être translaté d'un filtre élémentaire vers la gauche afin qu'un filtre élémentaire vert (ligne 8, colonne 8) éclaire la position X du modulateur. Ensuite, pour la troisième sous trame, c'est le filtre élémentaire bleu de la ligne 7 et de la colonne 8 qui éclairera la position X, ceci par une translation d'un filtre élémentaire vers le bas. Les formes de la figure 5a étant réparties régulièrement dans le motif de la figure 5b et par suite, dans le filtre de la figure 5c, on voit donc que toutes les positions telle que X du modulateur spatial de lumière auront été éclairées par de la lumière rouge, verte et bleue et cela après deux déplacements de l'image du filtre à la surface du modulateur spatial de lumière. Si tous les pixels du modulateur spatial de lumière sont passants durant toute cette séquence, l'observateur observe alors une lumière transmise par le modulateur qui est la combinaison du rouge du vert et du bleu et qui est donc blanche .
Dans certains cas, on constate qu'il peut arriver que le fait d'avoir, dans le filtre 3, des filtres élémentaires voisins de même couleur conduise à avoir, après trois déplacements lors de trois sous-trames, une image qui n'est pas parfaitement blanche. Pour remédier à cela, on prévoit de rééquilibrer la colorimétrie par trois déplacements supplémentaires lors de trois sous-trames suivantes. Les figures 6a à 61 illustrent ce fonctionnement .
La figure 6a représente l'image du filtre sur la partie utile du modulateur spatial de lumière sous la forme d' une matrice de nombres . Chaque nombre représente une couleur :
- Un «1» représente le bleu ;
- Un «10» représente le vert ;
- Un «100» représente le rouge.
Dans ce qui va suivre, le chiffre des unités représentera du bleu, le chiffre des dizaines du vert et le chiffre des centaines, du rouge. Ce qui veut dire qu'un point représenté par un nombre 110, par exemple, contiendra de la couleur rouge et de la couleur verte mais ne contiendra pas de bleu. L'image du filtre de la figure 6a est projetée sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière à un instant déterminé alors qu'elle est dans une position déterminée x=0 et y=0 • On suppose que tous les pixels du modulateur sont passants. La figure 6b représente l'image que devrait percevoir un observateur qui observe l'image affichée par le modulateur spatial de lumière. Cette image est pour l'instant celle de l'image du filtre. En particulier le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 10 (vert) .
On va déplacer l'image du filtre de façon à décrire une forme d'un bloc telle que représentée en figure 5a.
En figure 6c, l'image du filtre est déplacée d'un pas vers la gauche (x=l et y=0) . Un observateur devrait percevoir, en figure 6d, la superposition de l'image de la figure 6b et l'image de la figure 6c. Par exemple, le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 110 et il devrait percevoir une superposition de rouge et de vert, soit du jaune.
En figure 6e, l'image du filtre est déplacée d'un pas vers le bas (x=l et y=l) . Un observateur devrait percevoir la superposition de l'image de la figure 6d et l'image de figure 6e. Ce qui est représenté par la figure 6f. Par exemple, le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 210 et il devrait percevoir une superposition de rouge et de vert, le rouge étant alors deux fois plus intense que le vert, soit une couleur orange.
L'intégration des différentes images vues par l'observateur ne donne pas une image blanche. En particulier ; par exemple, on voit que le point de la ligne 8, colonne 8 ne comporte pas de couleur bleue et comporte du rouge deux fois plus intense que le vert.
On va donc déplacer à nouveau l'image du filtre pour lui faire décrire une forme telle que celle de la figure 5a.
En figure 6g, l'image du filtre est déplacée, par exemple de trois pas vers la gauche par exemple (x=4 et y=l) . Un observateur devrait percevoir, en figure 6h, la superposition de l'image de la figure 6f et l'image de figure 6g. Par exemple, le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 220 et il devrait percevoir une superposition de rouge et de vert (couleur jaune) . En figure 6i, l'image du filtre est déplacée ensuite d'un pas vers le bas (x=4 et y=0) . Un observateur devrait percevoir, en figure 6j , la superposition de l'image de la figure 6i et de l'image de la figure 6h. Le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 221 et l'observateur devrait percevoir une superposition de rouge, de vert et de bleu, avec une intensité de bleu plus faible.
En figure 6k, l'image du filtre est déplacée enfin d'un pas vers la droite (x=3 et y=0) . Un observateur devrait percevoir, en figure 61, la superposition de l'image de la figure 6k et l'image de la figure 6j . Le point de la ligne 8 et de la colonne 8 a pour valeur 222. Après intégration des différentes images réalisées au cours des différents déplacements précédents, l'observateur perçoit donc une lumière blanche au point de la ligne 8, colonne 8. En analysant le comportement des différents points du modulateur spatial de lumière on constaterait qu'il en est de même pour tous les points. L'observateur perçoit donc un modulateur spatial de lumière qui émet une lumière uniformément blanche en moyenne (tous les pixels du modulateur étant évidemment passant comme supposé précédemment) .
Dans l'exemple de réalisation qui précède, on a réalisé la séquence de déplacements suivante de l'image du filtre :
Figure imgf000022_0001
D' autres séquences de déplacements peuvent être sélectionnées pour avoir une colorimétrie blanche du modulateur spatial de lumière lorsque les pixels de celui- ci sont passants. L'invention prévoit donc d'établir une sélection de ces séquences de déplacements et de donner à chacune d'elles leurs caractéristiques tels que la position d' origine de déplacement et les types de déplacements selon deux coordonnées en X et en Y. Ensuite, l'invention prévoit de choisir à chaque trame une séquence de déplacements. La séquence de déplacements peut être différente d'une trame à la suivante, mais cela peut très bien ne pas être systématique et être décidé de manière aléatoire.
Pour établir cette sélection on peut, par exemple, à partir de la séquence de déplacements précédente, déduire une séquence suivante par translation de +1, +1. La séquence qui suit est donc une séquence valide :
Figure imgf000023_0001
Une autre méthode pour obtenir d' autres séquences de déplacements valides est de permuter les ordres de déplacements à l'intérieur d'une même séquence. Ceci revient par exemple à permuter entre eux les trois premiers points et entre eux les trois derniers points du chemin ci- dessus. On obtient ainsi la séquence déduite de la première séquence décrite précédemment :
Figure imgf000024_0001
D' autres séquences valides peuvent être trouvés par d' autres méthodes .
Le dispositif de commande 5 commandera les changements de séquence de déplacements . Ces changements auront lieu de préférence entre deux trames images .
On pourra prévoir de fournir, au dispositif de commande 5, une liste de séquences de déplacements permettant chacune indépendamment d' obtenir une colorimétrie blanche de l'image du filtre. Le dispositif choisira de façon prédéterminée, soit de façon aléatoire, les séquences de déplacements à utiliser.
Pour l'application d'un fonctionnement dans lequel la colorimétrie blanche est obtenue après plusieurs séquences de déplacements, on fournira au dispositif de commande 5 une liste de combinaisons de séquences permettant d'obtenir une colorimétrie blanche de l'image du filtre. Dans ce cas de combinaisons de séquences, de préférence, chaque séquence de déplacements prise seule ne permettra pas d'obtenir une colorimétrie blanche, ce qui sera utile pour lutter contre le piratage, à l'aide d'un caméscope, des images affichées par le modulateur spatial de lumière comme cela sera mis en évidence ci-après .
Une combinaison aléatoire de tous ces chemins valides permettra donc un « codage » des images selon les couleurs et cela selon des séquences non répétitives . Ce codage ne pourra pas être facilement décodé par un pirate, d' autant plus que le caméscope en aura fait un rééchantillonnage et un moyennage spatial et temporel .
La perturbation apportée au signal vidéo apparaît lorsqu'il n'y a pas correspondance entre le temps d'échantillonnage d'un caméscope et le temps d'affichage des sous trames .
Dans le cas identique à celui précédemment décrit où une séquence de déplacements du filtre s'étale sur deux séquences de manière à former six sous trames consécutives organisées de telle manière que le signal intégré sur ces sous-trames soit blanc (lorsque la totalité du modulateur spatial de lumière est passant) , et dans le cas où l'acquisition par un caméscope se fait sur trois sous- trames seulement qui sont à cheval sur les six sous trames, l'enregistrement vidéo du caméscope mélangera deux codages de couleurs et créera donc des artefacts visibles comme expliqué dans l'exemple ci après et illustré par les figures 7a à 7c, . Pour simplifier l'exemple on suppose que la fréquence d'acquisition est calée sur la fréquence d'affichage et que le décalage est constant, égal à une sous-trame. Dans l'exemple de séquences représentées dans le tableau ci-après, les trois sous-trames a,b et c acquises par un caméscope pour l'intégration 1 ne représentent pas l'état de sortie du caméscope mais la progression de l'intégration temporelle du signal lumineux. L'image de sortie est la troisième sous-trame (sous-trame c pour l'intégration 1). Dans un exemple de fonctionnement qui est mis en évidence par les figures 7a à 7c, on a réalisé l'affichage en utilisant les séquences de déplacements suivantes :
Figure imgf000026_0001
Puis une séquence débutant par
Figure imgf000026_0002
Sur les figures 7a à 7c, on a représenté le fonctionnement relatif à une partie du filtre de la figure 5f (la partie située en haut à gauche de la figure 5f) . Comme pour les figures 6a à 61, on a représenté sur les parties gauches de ces figures, les images successives du filtre projetées sur le modulateur spatial de lumière lors de chaque déplacement. Dans la partie centrale de ces figures, on a représenté l'intégration des images sur le modulateur spatial de lumière et ces images correspondent à celles de la partie droite des figures 6a à 61. Sur la partie droite, on a représenté les intégrations effectuées par un caméscope filmant ces images . Comme mentionné précédemment, l'intégration 1 par le caméscope est déphasée par rapport aux images projetées. On remarque, sur ces figures, que les résultats de l'intégration ne correspondent donc pas aux attentes. Sur les figures 7b et 7c, on voit en particulier que les intégrations 2, 3 et 4 sont loin de donner un champ blanc. Sur les intégrations 3 et 4 en particulier (images 9 et 12), on note que la proportion de pixels blancs (niveau 111) est seulement de 22%, les autres pixels étant colorés . Ceci se produit pour un éclairement uniforme et tous les pixels du modulateur spatial de lumière passants. Il faudra donc ajouter à ces défauts ceux liés aux changements d'images qui se produisent. En effet, les images 2, 5, 8 et 11 sont obtenues chacune après des cycles de trois sous trames. Entre les images 2 et 3, 5 et 6, 8 et 9, 11 et 12, il y a donc des changements d'images et les intégrations par le caméscopes vont intégrer systématiquement des images différentes entre-elles ce qui va détériorer la qualité de l'image. En se reportant aux figures 8a à 8c on va maintenant décrire une variante de réalisation du filtre de l'invention. Cette variante concerne la réalisation d'un filtre à l'aide de blocs plus simples tels que cela est représenté en figure 8a. Cette disposition réduit en particulier la proximité de blocs de même couleur. Elle est obtenue en juxtaposant des pavés linéaires où s'alignent les trois couleurs R, V et B. Le déplacement du filtre se fait avantageusement dans une seule direction, en X ou en Y, et trois sous-trames suffisent ici pour atteindre l'état blanc (voir figure 8b) .
L'alignement diagonal des couleurs peut s'avérer gênant à la visualisation. Ceci peut être contré en intervertissant avantageusement deux à deux lignes ou colonnes afin de brouiller le motif tout en évitant de juxtaposer deux fois la même couleur. Ainsi sur la figure 8c, les colonnes 4 et 5 et lignes 4 et 5 ont été interverties .
Il est à noter que le système de l'invention est applicable aux systèmes prévoyant un afficheur intermédiaire entre la source et le modulateur spatial de lumière 2 et permettant de fournir une image relais. Dans ce cas le filtre 3 peut avantageusement être associé à cet afficheur intermédiaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'affichage d'images à l'aide d'un modulateur spatial de lumière caractérisé en ce qu' il comprend :
- Une source lumineuse (1) émettant un faisceau d'éclairement ;
- Un modulateur spatial de lumière (2) comprenant une matrice de pixels commandés par des signaux de commande vidéo correspondant à une succession de trames d' images à afficher ; - Un filtre matriciel (3) formé d'une mosaïque de filtres élémentaires de différentes couleurs, éclairé par ledit faisceau d'éclairement et transmettant un faisceau filtré spatialement en couleurs au modulateur spatial de lumière (2), - Des moyens pour réaliser une image dudit filtre sur une face d'entrée du modulateur spatial de lumière ;
- Des moyens de déplacement pour déplacer ladite image du filtre (3) sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière (2) et - Un dispositif de commande (5) de ces moyens de déplacement, permettant de commander au moins une séquence de déplacements de l'image du filtre lors de chaque trame d' image .
2. Système d'affichage d'images selon la revendication 1 caractérisé en ce que les dimensions et la position de chaque filtre élémentaire sont adaptées pour que l'image de chacun d'eux sur la face d'entrée du modulateur spatial (2) recouvre une pluralité de pixels .
3. Système d'affichage d'images selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque déplacement d'une séquence correspond à un multiple de la dimension de l'image d'un filtre élémentaire sur la face d'entrée du modulateur spatial (2) .
4. Système d'affichage d'images selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite mosaïque est monodimensionnelle et ne comporte qu'une colonne de filtres élémentaires de différentes couleurs.
5. Système d'affichage d'images selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite mosaïque est bidimensionnelle et en ce que lesdits filtres élémentaires sont disposées en plusieurs lignes et en plusieurs colonnes.
6. Système d'affichage d'images selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite mosaïque est formée par la répétition de blocs de filtres élémentaires, et en ce que ces blocs présentent des contours identiques et sont composés chacun d'au moins deux filtres élémentaires de couleurs différentes .
7. Système d'affichage d'images selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite mosaïque est un assemblage de motifs identiques comprenant chacun le même nombre de blocs et le même nombre de filtres élémentaires de chaque couleur dans chacune des lignes et dans chacune des colonnes dudit motif.
8. Système d'affichage d'images selon l'une quelconque des revendications 6 à 7 caractérisé en ce que chaque séquence de déplacements de l'image du filtre sur la face d'entrée du modulateur spatial de lumière permet l' éclairement successif de chaque pixel du modulateur spatial de lumière par tous les filtres élémentaires d'un même bloc.
9. Système d'affichage d'images selon la revendication 8, caractérisé en ce que, pendant chaque trame d'image, chaque pixel du modulateur spatial de lumière est éclairé successivement par tous les filtres élémentaires d'un premier bloc sous l'effet d'une première séquence de déplacements, puis par tous les filtres élémentaires d'un au moins deuxième bloc sous l'effet d'une au moins deuxième séquence de déplacements .
10. Système d'affichage d'images selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que toutes les séquences de déplacements commandées par ledit dispositif de commande (5) sont adaptées pour que l'intégration des images du filtre obtenues sur l'ensemble des déplacements de la ou des séquences de chaque trame apporte une colorimétrie blanche à la face d'entrée du modulateur spatial de lumière (2).
11. Système d' affichage d' images selon la revendication 10 quand elle dépend de la revendication 9, caractérisé en ce que les dites premières et au moins deuxième séquences de déplacements sont adaptées pour que l'intégration des images du filtre obtenues sur l'ensemble des déplacements de l'une quelconque de ces séquences apporte une colorimétrie non blanche à la face d'entrée du modulateur spatial de lumière (2) .
12. Système d'affichage d'images selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande possède les caractéristiques d'une pluralité de séquences différentes de déplacements permettant d' apporter une colorimétrie blanche à la face d'entrée du modulateur spatial de lumière et en ce qu'il sélectionne, parmi cette pluralité, des séquences différentes pour des trames successives.
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